JP3544370B2

JP3544370B2 - Switching power supply

Info

Publication number: JP3544370B2
Application number: JP2001398876A
Authority: JP
Inventors: 哲也上野
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2021-12-28
Also published as: JP2003199341A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源装置に関するもので、特に、リンギング・チョーク・コンバータ（ＲＣＣ）方式を用いたスイッチング電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より使用されているＲＣＣ方式を用いたスイッチング電源装置の基本的な構成を、図３に示す。図３において、ＡＣ電源１が、ヒューズＦ及びラインフィルタ２ａを介して、ダイオードブリッジＤ１に接続される。又、ダイオードブリッジＤ１の後段に突入電流を防止するためのサーミスタＴＨが設けられる。このヒューズＦ、ラインフィルタ２ａ、ダイオードブリッジＤ１、及びサーミスタＴＨによるＡＣ／ＤＣ変換回路２の後段に、平滑用のコンデンサＣ１を介して、インバータ回路３ａが接続される。
【０００３】
このインバータ回路３ａは、まず、１次側が、コンデンサＣ２，Ｃ３、抵抗Ｒ１〜Ｒ８、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＱ１、ｎｐｎ接合トランジスタ（バイポーラトランジスタ）Ｑ２、ダイオードＤ２、フォトカプラＰＣのフォトトランジスタＰＴ、及び、トランスＴの１次巻線Ｎ１及び帰還巻線Ｎｂによって、又、２次側が、ダイオードＤ３、コンデンサＣ４、抵抗Ｒ９〜Ｒ１１、シャントレギュレータＱ３、フォトカプラＰＣの発光ダイオードＰＤ、及びトランスＴの２次巻線Ｎ２によって、それぞれ構成される。
【０００４】
このようなスイッチング電源装置において、ＡＣ電源１よりラインフィルタ２ａを介してダイオードブリッジＤ１に交流電源が与えられると、ダイオードブリッジＤ１で整流された後、コンデンサＣ１によって平滑化されることで、直流電源に変換される。このようにして、ＡＣ電源１からの交流電源が変換された直流電源がインバータ３ａに与えられる。
【０００５】
又、ＡＣ電源１が電源投入されたとき、抵抗Ｒ１，Ｒ３及びトランジスタＱ１のゲート・ソース間の入力容量に決まる時定数によってトランジスタＱ１のゲート電圧が上昇し、閾値電圧に達したとき、トランジスタＱ１がＯＮとなる。よって、１次巻線Ｎ１に電流が流れるため、この１次巻線Ｎ１に発生する電圧に電磁誘導されて、帰還巻線Ｎｂにも同方向の電圧が発生する。この発生した電圧によって、抵抗Ｒ８を通じてコンデンサＣ３に電流が流れ込む。そして、このコンデンサＣ３によって与えられる電圧がトランジスタＱ２のベース・エミッタ間の順方向電圧を超える値となると、トランジスタＱ２がＯＮする。
【０００６】
そして、トランジスタＱ２がＯＮすると、トランジスタＱ１のゲート電圧がローとなるため、トランジスタＱ１がＯＦＦする。トランジスタＱ１がＯＦＦすると、トランスＴに蓄積されていたエネルギーが２次巻線Ｎ２を介して２次側の回路に放出される。そして、２次側の回路では、ダイオードＤ３で整流された後、コンデンサＣ４で平滑化される。この平滑化された電圧が出力電圧として現れる。
【０００７】
このようにトランジスタＱ２がＯＮとなるとき、コンデンサＣ３は、抵抗Ｒ５，Ｒ８を介して放電される。よって、コンデンサＣ３の電圧が低くなり、トランジスタＱ２のベースに与える電圧がローとなると、トランジスタＱ２がＯＦＦする。よって、再び、トランジスタＱ１のゲートに抵抗Ｒ１を通じて電圧が与えられるため、トランジスタＱ１がＯＮとなる。このようにして、トランジスタＱ１がＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことで、インバータ回路３ａが起動して定常状態に移行する。
【０００８】
このようにスイッチング電源装置が動作を行っているとき、インバータ回路３ａの２次側では、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１の接続ノードに現れる出力電圧を分圧して得た検出電圧をシャントレギュレータＱ３での基準電圧と比較している。そして、シャントレギュレータＱ３で増幅動作を行うことで、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１で出力電圧が分圧された検出電圧の変動量に応じた電流を流して、発光ダイオードＰＤを流れる電流量を変化させ、出力電圧に応じた光量の光を発光させる。
【０００９】
よって、この発光ダイオードＰＤで発光される光に応じて動作するフォトトランジスタＰＴが出力電圧に応じた電流を流すため、コンデンサＣ３へ流れる電流量が出力電圧の値によって制御される。即ち、出力電圧が高くなると、発光ダイオードＰＤに流れる電流量が多くなるため、フォトトランジスタＰＴを通じてコンデンサＣ３に流れ込む電流量も多くなる。よって、コンデンサＣ３が充電される時間が早くなるため、トランジスタＱ２が早くＯＮとなり、トランジスタＱ１のＯＮ期間が短くなる。よって、出力電圧が低くなるように制御される。又、出力電圧が低くなると、上述の動作と逆の動作を行うことで、出力電圧が高くなるように制御される。
【００１０】
このスイッチング電源装置のインバータ回路３ａにおいて、抵抗Ｒ２，Ｒ４，Ｒ５がトランジスタＱ１のソース電流に対する過電流保護回路として働く。又、コンデンサＣ２は、スピードアップコンデンサであり、このコンデンサＣ２と抵抗Ｒ６によってトランジスタＱ１のゲートへの電流制御が成される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のスイッチング電源装置では、出力電圧を検出し、スイッチング素子となるトランジスタＱ１のＯＮ期間の長さを制御することによって、出力電圧が一定となるように制御していた。そのため、スイッチング電源装置に接続される負荷が軽いとき出力電圧が高くなるため、出力電圧を低下させるためにトランジスタＱ１のＯＮ期間が短くなるため、トランジスタＱ１をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング周波数が高くなってしまう。よって、トランジスタＱ１によるスイッチング損失の発生回数が増加し、負荷が軽いほど、その電力変換効率が低下する。
【００１２】
このようなスイッチング損失による効率低下を防ぐために、特開平７−７９４２号公報のようなスイッチング装置が提供される。この特開平７−７９４２号公報では、２次側に新たにスイッチング素子となるトランジスタＱ１を所定時間ＯＦＦとするための制御回路を設けたスイッチング電源装置が提供される。しかしながら、このようなスイッチング電源装置を構成したとき、その部品点数が多くなるとともに、回路構成も複雑なものとなる。
【００１３】
このような問題を鑑みて、本発明は、簡単な回路構成且つ少ない部品点数で軽負荷時のスイッチング周波数を低くし、その電力変換効率を向上することのできるスイッチング電源装置を提供することを特徴とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載のスイッチング電源装置は、１次側に１次巻線と帰還巻線を備えるとともに２次側に２次巻線を備えたトランスと、該トランスの帰還巻線に現れた電圧が制御電極に与えられてＯＮ／ＯＦＦ動作を行うことで１次巻線を流れる電流をスイッチングするスイッチング素子と、前記トランスの２次巻線に接続された整流平滑回路と、該整流平滑回路で整流平滑されて出力される出力電圧を検出して出力電圧に応じた電流をコンデンサに流して前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ期間を制御する期間制御回路と、前記スイッチング素子に接続されて前記スイッチング素子を流れる電流値を測定するとともに前記スイッチング素子を流れる電流を制限する過電流保護回路に対して設けられる抵抗回路と、を有するスイッチング電源装置において、前記抵抗回路を流れる電流値に基づいて前記期間制御回路内のコンデンサの容量値を切り換える周波数制限回路を有することを特徴とする。
【００１５】
このようなスイッチング電源装置において、請求項２に記載するように、前記周波数制限回路において、前記抵抗回路を流れる電流値が大きくなるとき、前記期間制御回路内のコンデンサの容量値を小さくするようにしても構わない。
【００１６】
又、請求項３に記載するように、前記周波数制限回路が、前記周波数制限回路が、前記期間制御回路内のコンデンサである第１コンデンサと並列に接続される第２コンデンサと、該第２コンデンサの接続を制御するスイッチとを有し、前記抵抗回路を流れる電流値が小さくなるとき、前記スイッチをＯＮとすることによって前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとを並列に接続することによって、容量値を大きくするようにして、周波数の上昇を抑える。
【００１７】
更に、請求項４に記載するように、前記抵抗回路において、前記抵抗回路を流れる電流値が電圧に変換され、前記周波数制限回路が、前記抵抗回路で変換された電圧に応じた信号が制御電極に与えられて、前記抵抗回路で変換された電圧に応じてＯＮ／ＯＦＦが制御される第１トランジスタと、該第１トランジスタの第２電極に接続された時定数回路と、を有するとともに、前記抵抗回路を流れる電流値が小さくなるとき、前記第１トランジスタがＯＮとなり、前記時定数回路に含まれる第２コンデンサが前記期間制御回路内のコンデンサとなる第１コンデンサと並列に接続されるようにしても構わない。
【００１８】
このとき、請求項５に記載するように、前記周波数制限回路が、更に、前記抵抗回路で変換された電圧が制御電極に与えられるとともに、第１電極が前記第１トランジスタの制御電極に接続された第２トランジスタを有し、前記抵抗回路を流れる電流値が小さくなるとき、前記第２トランジスタがＯＦＦとなるとともに、前記第１トランジスタがＯＮとなるようにして、負荷が軽いとき、第２トランジスタをＯＦＦとすることで、第１トランジスタをＯＮとし、前記期間制御回路内のコンデンサと前記時定数回路に含まれるコンデンサとを並列に接続して、コンデンサの容量値を大きくすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態におけるスイッチング電源装置の内部構成を示す回路図である。尚、図１のスイッチング電源装置において、図３のスイッチング電源装置と同一の目的で使用する部品及び素子については、同一の符号を付すものとする。
【００２０】
図１のスイッチング電源装置は、ＡＣ電源１に対して、ＡＣ／ＤＣ変換回路２及び平滑用コンデンサＣ１を介してインバータ回路３が接続される。そして、インバータ回路３の１次側の回路は、図３と同様、サーミスタＴＨと一端が接続された抵抗Ｒ１及び１次巻線Ｎ１と、１次巻線Ｎ１の他端にドレインが接続されたトランジスタＱ１と、トランジスタＱ１のソースに一端が接続された抵抗Ｒ２，Ｒ４と、抵抗Ｒ１の他端とトランジスタＱ１のゲートとの接続ノードに一端が接続された抵抗Ｒ３，Ｒ６と、トランジスタＱ１のゲートにコレクタが接続されたトランジスタＱ２と、抵抗Ｒ６の他端に一端が接続されたコンデンサＣ２と、コンデンサＣ２の他端にアノードが接続されたダイオードＤ２と、ダイオードＤ２のカソードに一端が接続された抵抗Ｒ７と、抵抗Ｒ７の他端にコレクタが接続されたフォトトランジスタＰＴと、フォトトランジスタＰＴのエミッタとトランジスタＱ２のベースとの接続ノードに一端が接続された抵抗Ｒ８及びコンデンサＣ３と、抵抗Ｒ８とダイオードＤ２のアノードのとの接続ノードに一端が接続された帰還巻線Ｎｂとを有する。
【００２１】
更に、１次側の回路は、抵抗Ｒ８とフォトトランジスタＰＴのエミッタとの接続ノードにコレクタが接続されたｎｐｎ接合型トランジスタＱ４と、トランジスタＱ４のエミッタに一端が接続されたコンデンサＣａ１及び抵抗Ｒａ１と、トランジスタＱ４のベースに一端が接続された抵抗Ｒａ２，Ｒａ３と、抵抗Ｒａ２，Ｒａ３の接続ノードにコレクタが接続されたｎｐｎ接合型トランジスタＱ５と、トランジスタＱ５のベースと抵抗Ｒ４の他端との接続ノードに一端が接続されたＣａ２及び抵抗Ｒａ４とを有する。
【００２２】
又、インバータ回路３の２次側の回路は、２次巻線Ｎ２と、２次巻線Ｎ２の一端にアノードが接続されたダイオードＤ３と、ダイオードＤ３のカソードに一端が接続された抵抗Ｒ９，Ｒ１０及び平滑用コンデンサＣ４と、抵抗Ｒ９の他端にアノードが接続された発光ダイオードＰＤと、発光ダイオードＰＤのカソードにカソードが接続されたシャントレギュレータＱ３と、抵抗Ｒ１０の他端に接続された抵抗Ｒ１１とを有する。
【００２３】
そして、１次側の回路において、抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒａ１，Ｒａ３，Ｒａ４及びコンデンサＣ３，Ｃａ１，Ｃａ２及び帰還巻線Ｎｂの他端がトランジスタＱ２のエミッタに接続されるとともに、抵抗Ｒａ２の他端がトランジスタＱ２のベースに接続される。又、２次側の回路において、２次巻線Ｎ２及びコンデンサＣ４及び抵抗Ｒ１１の他端がシャントレギュレータＱ３のアノードに接続されるとともに、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１の接続ノードがシャントレギュレータＱ３の制御端子に接続される。
【００２４】
このように構成されるスイッチング電源装置の基本的な動作は、図３に示す従来のスイッチング電源装置と同様の動作を行う。即ち、ＡＣ電源１より電源投入されると、トランジスタＱ１のゲートがハイとなり、トランジスタＱ１がＯＮする。よって、１次巻線Ｎ１に電流が流れることで、帰還巻線Ｎｂに同方向の電圧が発生し、コンデンサＣ３が蓄電される。そして、コンデンサＣ３とトランジスタＱ２のベースとの接続ノードの電圧が上昇し、ベース・エミッタ間の順方向電圧を超えると、トランジスタＱ２がＯＮする。
【００２５】
トランジスタＱ２がＯＮすると、トランジスタＱ１がＯＦＦし、トランスＴに蓄積されていたエネルギーが放出され、出力電圧が２次側の回路に現れる。このとき、コンデンサＣ３が放電されるため、トランジスタＱ２のベース電圧が下がり、トランジスタＱ２がＯＦＦするとともにトランジスタＱ１が再びＯＮする。このようにして、トランジスタＱ１がＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことによって、トランスＴを介して１次側に入力された電圧が２次側より出力される。
【００２６】
このようにスイッチング電源装置が動作を行っているとき、インバータ回路３の２次側では、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１で分圧されて得た検出電圧をシャントレギュレータＱ３での基準電圧と比較し、シャントレギュレータＱ３によって、出力電圧の変動に応じた電流が発光ダイオードＰＤに流れるように制御される。よって、発光ダイオードＰＤの発光量が出力電圧に応じたものとなる。
【００２７】
そして、発光ダイオードＰＤとともにフォトカプラＰＣを形成するフォトトランジスタＰＴが受光することで、出力電圧に応じたコレクタ電流が流れ、コンデンサＣ３に流れ込む電流量を制御する。このように動作することによって、図３のスイッチング電源装置と同様、インバータ回路３の出力電圧が一定となるように、トランジスタＱ１のＯＮ期間の制御が行われる。
【００２８】
更に、このように動作するとき、２次側に接続された負荷が小さいときは、トランジスタＱ１のソース電流が小さくなるため、抵抗Ｒ２に発生する電圧が低くなる。よって、抵抗Ｒ４，Ｒａ４によって分圧されて、トランジスタＱ５のベースに与えられる電圧が低くなり、トランジスタＱ５がＯＦＦとなるため、トランジスタＱ４のベースに与える電圧が抵抗Ｒａ２，Ｒａ３の接続ノードに現れる電圧となる。
【００２９】
よって、トランジスタＱ１がＯＮであるとき、帰還巻線Ｎｂによって発生する電圧が、抵抗Ｒ８，Ｒａ２，Ｒａ３によって分圧され、抵抗Ｒａ２，Ｒａ３の接続ノードに現れる電圧がトランジスタＱ４のベースに与えられるため、トランジスタＱ４がＯＮとなる。そのため、抵抗Ｒ８を通じて流れる電流及びフォトトランジスタＰＴより流れる電流がコンデンサＣ３，Ｃａ１に流れ込む。即ち、トランジスタＱ１のＯＮ／ＯＦＦ期間を制御するためのコンデンサの容量が大きくなる。
【００３０】
又、このように並列に接続されたコンデンサＣ３，Ｃａ１が充電されて、トランジスタＱ２のベース電圧が上昇し、トランジスタＱ２がＯＮすると、トランジスタＱ１がＯＦＦする。このとき、コンデンサＣ３，Ｃａ１が、抵抗Ｒａ１〜Ｒａ３，Ｒ８を介して放電される。
【００３１】
逆に、２次側に接続された負荷が大きいときは、トランジスタＱ１のソース電流が大きくなるため、抵抗Ｒ２に発生する電圧が高くなる。よって、トランジスタＱ５のベースに与えられる電圧が高くなり、トランジスタＱ５がＯＮとなるため、トランジスタＱ４のベースに与える電圧がローとなり、トランジスタＱ４がＯＦＦとなる。よって、負荷が大きくなるときは、従来と同様の動作を行うことによって出力電圧を一定とする。
【００３２】
以上のように、各素子が動作を行うため、負荷が軽いときは、トランジスタＱ４がＯＮとなって、コンデンサＣ３，Ｃａ１の合成容量によって、スイッチング素子となるトランジスタＱ１のＯＮ／ＯＦＦ期間が制御され、図３の構成のスイッチング装置と比べて、そのＯＮ／ＯＦＦ期間が長くなる。よって、軽負荷時のスイッチング周波数が高くならないように、抑えることができるため、このスイッチング周波数に依存するスイッチング損失を軽減することができ、電力変換効率を向上させることができる。
【００３３】
このようなスイッチング電源装置を実現するための詳細な回路図を、図２に示す。まず、ラインフィルタ２ａは、ＡＣ電源１と並列に接続されたコンデンサＣａと、コンデンサＣａの一端に一端が接続されたコイルＬ１と、コンデンサＣａの他端に接続されたコイルＬ２と、コイルＬ１，Ｌ２の他端の間に接続されたコンデンサＣｂとで構成される。
【００３４】
そして、コンデンサＣｂと並列に、直列に接続されたコンデンサＣｃ，Ｃｄそれぞれの一端がダイオードブリッジＤ１の接続ノードａ，ｃに接続されるとともに、直列に接続されたコンデンサＣｅ，Ｃｆそれぞれの一端がダイオードブリッジＤ１の接続ノードｂ，ｄに接続される。そして、コンデンサＣｃ〜Ｃｆの接続ノードが接地される。このとき、コンデンサＣｃ〜Ｃｆが入力側への帰還ノイズを吸収するためのコンデンサとして働く。
【００３５】
又、平滑コンデンサＣ１は、コンデンサＣｅ，Ｃｆによる直列回路と並列となるように接続され、コンデンサＣｆ，Ｃ１の一端の間にサーミスタＴＨが接続される。このように接続される平滑コンデンサＣ１の後段に接続されるインバータ回路３は、次のようになる。尚、図１と同一の目的で使用する部品及び素子については、同一の符号を付すとともにその詳細な説明は省略する。
【００３６】
インバータ回路３の１次側には、上述した図１の素子以外に、トランジスタＱ１のドレインと１次巻線Ｎ１との接続ノードにアノードが接続されたダイオードＤａと、ダイオードＤａのカソードに一端が接続されるとともに抵抗Ｒ１と１次巻線Ｎ１との接続ノードに他端が接続されたコンデンサＣ２１及び抵抗Ｒ２１とが設けられる。このダイオードＤａ及び抵抗Ｒ２１及びコンデンサＣ２１は、１次巻線に対するノイズ除去を行うために設けられる。
【００３７】
又、インバータ回路３の２次側には、上述した図１の素子以外に、ダイオードＤ３と並列に接続されたコンデンサＣ２２と抵抗Ｒ２２の直列回路と、発光ダイオードＰＤと並列に接続された抵抗Ｒ２３と、シャントレギュレータＱ３のカソードと抵抗Ｒ１０，Ｒ１１の接続ノードとの間に接続された抵抗Ｒ２４とコンデンサＣ２３の直列回路と、抵抗Ｒ１０と並列に接続されたコンデンサＣ２４とが設けられる。このとき、コンデンサＣ２２と抵抗Ｒ２２の直列回路がノイズ除去のために、コンデンサＣ２３と抵抗Ｒ２４の直列回路及びコンデンサＣ２４が位相補償のために、抵抗Ｒ２３が発光ダイオードＰＤを安定して動作させるために備えられる。
【００３８】
尚、本実施形態において、図１又は図２に示すような構成のスイッチング電源装置としたが、ＲＣＣ方式のスイッチング電源装置であるとともに、１次巻線を流れる電流を検出し、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うコンデンサの容量値を制御するような制御回路を含むものであれば、図１又は図２の構成に限定されるものでなく、他の構成としても構わない。又、トランジスタＱ１は、ＭＯＳトランジスタに限らず、接合トランジスタでも構わない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によると、軽負荷時において、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ期間を制御するための期間制御回路内のコンデンサの容量を大きくして、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ期間を長くすることができる。よって、軽負荷時におけるスイッチング周波数を低く制限することができるため、スイッチング損失を低減することができる。このようにスイッチング損失を低減することができるため、電力変換効率を向上し、消費電力を低くすることができる。又、少ない部品点数で軽負荷時におけるスイッチング周波数を低く制限することができるため、装置の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスイッチング装置の基本的な構成を示すブロック回路図。
【図２】本発明のスイッチング装置の構成の具体的な一例を示す回路図。
【図３】従来のスイッチング装置の構成を示すブロック回路図。
【符号の説明】
１ＡＣ電源
２ＡＣ／ＤＣ変換回路
３インバータ回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a switching power supply, and more particularly, to a switching power supply using a ringing choke converter (RCC) method.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 shows a basic configuration of a switching power supply device using an RCC system which has been used conventionally. In FIG. 3, an AC power supply 1 is connected to a diode bridge D1 via a fuse F and a line filter 2a. Further, a thermistor TH for preventing an inrush current is provided after the diode bridge D1. An inverter circuit 3a is connected via a smoothing capacitor C1 to a stage subsequent to the AC / DC conversion circuit 2 including the fuse F, the line filter 2a, the diode bridge D1, and the thermistor TH.
[0003]
In the inverter circuit 3a, first, the primary side includes capacitors C2 and C3, resistors R1 to R8, an N-channel MOS transistor Q1, an npn junction transistor (bipolar transistor) Q2, a diode D2, a phototransistor PT of a photocoupler PC, and The primary winding N1 and the feedback winding Nb of the transformer T, and the secondary side includes a diode D3, a capacitor C4, resistors R9 to R11, a shunt regulator Q3, a light emitting diode PD of a photocoupler PC, and a secondary of the transformer T. Each is constituted by the winding N2.
[0004]
In such a switching power supply device, when AC power is supplied from the AC power supply 1 to the diode bridge D1 via the line filter 2a, the DC power is rectified by the diode bridge D1 and then smoothed by the capacitor C1. Is converted to Thus, the DC power obtained by converting the AC power from the AC power supply 1 is supplied to the inverter 3a.
[0005]
Further, when the AC power supply 1 is turned on, the gate voltage of the transistor Q1 rises by a time constant determined by the resistors R1 and R3 and the input capacitance between the gate and source of the transistor Q1, and when the threshold voltage is reached, the transistor Q1 Turns ON. Therefore, a current flows through the primary winding N1, and the voltage generated in the primary winding N1 is electromagnetically induced to generate a voltage in the same direction in the feedback winding Nb. The generated voltage causes a current to flow into the capacitor C3 through the resistor R8. When the voltage provided by the capacitor C3 exceeds the forward voltage between the base and the emitter of the transistor Q2, the transistor Q2 turns on.
[0006]
When the transistor Q2 is turned on, the gate voltage of the transistor Q1 becomes low, so that the transistor Q1 is turned off. When the transistor Q1 is turned off, the energy stored in the transformer T is released to the secondary circuit through the secondary winding N2. Then, in the secondary side circuit, after being rectified by the diode D3, it is smoothed by the capacitor C4. This smoothed voltage appears as an output voltage.
[0007]
As described above, when the transistor Q2 is turned on, the capacitor C3 is discharged via the resistors R5 and R8. Therefore, when the voltage of the capacitor C3 decreases and the voltage applied to the base of the transistor Q2 becomes low, the transistor Q2 turns off. Therefore, a voltage is again applied to the gate of the transistor Q1 through the resistor R1, and the transistor Q1 is turned on. In this manner, the transistor Q1 is repeatedly turned on / off, so that the inverter circuit 3a is activated and shifts to a steady state.
[0008]
When the switching power supply is operating as described above, on the secondary side of the inverter circuit 3a, the detection voltage obtained by dividing the output voltage appearing at the connection node between the resistors R10 and R11 is used as the reference voltage at the shunt regulator Q3. Compared to Then, by performing an amplifying operation by the shunt regulator Q3, a current corresponding to the amount of variation of the detection voltage obtained by dividing the output voltage by the resistors R10 and R11 flows, and the amount of current flowing through the light emitting diode PD is changed. Light is emitted in an amount of light corresponding to the voltage.
[0009]
Therefore, since the phototransistor PT that operates according to the light emitted by the light emitting diode PD flows a current corresponding to the output voltage, the amount of current flowing to the capacitor C3 is controlled by the value of the output voltage. That is, when the output voltage increases, the amount of current flowing through the light emitting diode PD increases, so that the amount of current flowing into the capacitor C3 through the phototransistor PT also increases. Therefore, since the time required for charging the capacitor C3 is shortened, the transistor Q2 is quickly turned ON, and the ON period of the transistor Q1 is shortened. Therefore, control is performed so that the output voltage decreases. When the output voltage decreases, the operation is performed in a manner opposite to the above operation, so that the output voltage is controlled to increase.
[0010]
In the inverter circuit 3a of this switching power supply, the resistors R2, R4, and R5 function as an overcurrent protection circuit for the source current of the transistor Q1. The capacitor C2 is a speed-up capacitor, and the current to the gate of the transistor Q1 is controlled by the capacitor C2 and the resistor R6.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional switching power supply device controls the output voltage to be constant by detecting the output voltage and controlling the length of the ON period of the transistor Q1 serving as the switching element. Therefore, the output voltage increases when the load connected to the switching power supply device is light, and the ON period of the transistor Q1 decreases to reduce the output voltage. Therefore, the switching frequency for turning on / off the transistor Q1 increases. I will. Therefore, the number of times of occurrence of switching loss by the transistor Q1 increases, and the lighter the load, the lower the power conversion efficiency.
[0012]
In order to prevent a reduction in efficiency due to such switching loss, a switching device as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-7942 is provided. Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-7942 provides a switching power supply device provided with a control circuit for turning off a transistor Q1 newly serving as a switching element on a secondary side for a predetermined time. However, when such a switching power supply device is configured, the number of components increases and the circuit configuration becomes complicated.
[0013]
In view of such a problem, the present invention is characterized by providing a switching power supply device that can reduce the switching frequency at light load with a simple circuit configuration and a small number of components and improve the power conversion efficiency. And
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a switching power supply according to claim 1 includes a transformer having a primary winding and a feedback winding on a primary side and a secondary winding on a secondary side, and the transformer. A switching element that switches the current flowing through the primary winding by applying an ON / OFF operation to the control electrode when a voltage appearing in the feedback winding of the transformer is applied to the control electrode; A period control circuit that detects an output voltage rectified and smoothed by the rectifying and smoothing circuit and outputs a current corresponding to the output voltage to a capacitor to control an ON / OFF period of the switching element; a resistor circuit provided for overcurrent protection circuit which limits the current through the switching element with the current value is measured which is connected to the element through the switching element, In the switching power supply apparatus having, characterized in that it has a frequency limiting circuit for switching the capacitance value of the capacitor in the time control circuit based on the current value flowing through the resistor.
[0015]
In such a switching power supply device, as described in claim 2, in the frequency limiting circuit, when a current value flowing through the resistance circuit increases, a capacitance value of a capacitor in the period control circuit is reduced. It does not matter.
[0016]
Also, as described in claim 3, wherein the frequency limiting circuit, the frequency limiting circuit, and a second capacitor connected in parallel with the first capacitor is a capacitor in the period control circuit, said second capacitor And a switch for controlling the connection of the first capacitor and the second capacitor in parallel when the current flowing through the resistance circuit becomes small, by turning on the switch to reduce the capacitance. Increase the value to suppress the rise in frequency.
[0017]
Further, as set forth in claim 4, in the resistor circuit, a current value flowing through the resistor circuit is converted into a voltage, and the frequency limiting circuit outputs a signal corresponding to the voltage converted by the resistor circuit to a control electrode. given in, a first transistor oN / OFF is controlled according to the converted voltages in the resistive circuits, the time constant circuit connected to the second electrode of the first transistor, and having a said When the value of the current flowing through the resistance circuit decreases, the first transistor is turned on, and the second capacitor included in the time constant circuit is connected in parallel with the first capacitor serving as a capacitor in the period control circuit. It does not matter.
[0018]
At this time, as described in claim 5, the frequency limiting circuit further supplies a voltage converted by the resistance circuit to a control electrode, and connects a first electrode to a control electrode of the first transistor. The second transistor is turned off when the value of the current flowing through the resistance circuit is reduced, and the first transistor is turned on when the load is light. Is turned off, the first transistor is turned on, the capacitor in the period control circuit and the capacitor included in the time constant circuit are connected in parallel, and the capacitance value of the capacitor can be increased.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing an internal configuration of the switching power supply device according to the present embodiment. Note that, in the switching power supply device of FIG. 1, components and elements used for the same purpose as those of the switching power supply device of FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.
[0020]
In the switching power supply device of FIG. 1, an AC power supply 1 is connected to an inverter circuit 3 via an AC / DC conversion circuit 2 and a smoothing capacitor C1. The primary-side circuit of the inverter circuit 3 has a resistor R1 and a primary winding N1, one end of which is connected to the thermistor TH, and a drain connected to the other end of the primary winding N1, as in FIG. Transistor Q1, resistors R2 and R4 having one end connected to the source of transistor Q1, resistors R3 and R6 having one end connected to a connection node between the other end of resistor R1 and the gate of transistor Q1, and the gate of transistor Q1. A transistor C2 having a collector connected to the other end, a capacitor C2 having one end connected to the other end of the resistor R6, a diode D2 having an anode connected to the other end of the capacitor C2, and one end connected to a cathode of the diode D2. A resistor R7; a phototransistor PT having a collector connected to the other end of the resistor R7; an emitter of the phototransistor PT; Having a resistor R8 and a capacitor C3 having one end connected to a connection node between the base, the anode of the connection node between the resistor R8 and the diode D2 and a feedback winding Nb whose one end is connected.
[0021]
Further, the primary side circuit includes an npn junction type transistor Q4 having a collector connected to a connection node between the resistor R8 and the emitter of the phototransistor PT, a capacitor Ca1 having one end connected to the emitter of the transistor Q4, and a resistor Ra1. Resistors Ra2 and Ra3 having one end connected to the base of transistor Q4, an npn junction transistor Q5 having a collector connected to the connection node between resistors Ra2 and Ra3, and a connection between the base of transistor Q5 and the other end of resistor R4. It has Ca2 and a resistor Ra4, one end of which is connected to the node.
[0022]
A circuit on the secondary side of the inverter circuit 3 includes a secondary winding N2, a diode D3 having one end connected to one end of the secondary winding N2, a resistor R9 having one end connected to the cathode of the diode D3, R10, a smoothing capacitor C4, a light emitting diode PD having an anode connected to the other end of the resistor R9, a shunt regulator Q3 having a cathode connected to the cathode of the light emitting diode PD, and a resistor connected to the other end of the resistor R10. R11.
[0023]
In the primary circuit, the other ends of the resistors R2, R3, Ra1, Ra3, Ra4, the capacitors C3, Ca1, Ca2, and the feedback winding Nb are connected to the emitter of the transistor Q2, and the other end of the resistor Ra2 is connected. Is connected to the base of transistor Q2. In the secondary circuit, the secondary winding N2, the capacitor C4, and the other end of the resistor R11 are connected to the anode of the shunt regulator Q3, and the connection node between the resistors R10 and R11 is connected to the control terminal of the shunt regulator Q3. Connected.
[0024]
The basic operation of the switching power supply device thus configured is similar to that of the conventional switching power supply device shown in FIG. That is, when power is supplied from the AC power supply 1, the gate of the transistor Q1 becomes high, and the transistor Q1 is turned on. Therefore, when a current flows through the primary winding N1, a voltage in the same direction is generated in the feedback winding Nb, and the capacitor C3 is charged. When the voltage at the connection node between the capacitor C3 and the base of the transistor Q2 rises and exceeds the forward voltage between the base and the emitter, the transistor Q2 turns on.
[0025]
When the transistor Q2 is turned on, the transistor Q1 is turned off, the energy stored in the transformer T is released, and the output voltage appears in the secondary side circuit. At this time, since the capacitor C3 is discharged, the base voltage of the transistor Q2 decreases, and the transistor Q2 turns off and the transistor Q1 turns on again. In this manner, the voltage input to the primary side via the transformer T is output from the secondary side by repeatedly turning on / off the transistor Q1.
[0026]
When the switching power supply is operating as described above, on the secondary side of the inverter circuit 3, the detection voltage obtained by voltage division by the resistors R10 and R11 is compared with the reference voltage of the shunt regulator Q3, and By Q3, control is performed so that a current corresponding to the fluctuation of the output voltage flows to the light emitting diode PD. Therefore, the light emission amount of the light emitting diode PD depends on the output voltage.
[0027]
When the phototransistor PT forming the photocoupler PC together with the light emitting diode PD receives light, a collector current according to the output voltage flows, and the amount of current flowing into the capacitor C3 is controlled. By operating in this manner, the ON period of the transistor Q1 is controlled so that the output voltage of the inverter circuit 3 becomes constant, similarly to the switching power supply device of FIG.
[0028]
Further, when operating in this manner, when the load connected to the secondary side is small, the source current of the transistor Q1 is small, so that the voltage generated at the resistor R2 is low. Therefore, the voltage is divided by the resistors R4 and Ra4, and the voltage applied to the base of the transistor Q5 is reduced, and the transistor Q5 is turned off. Therefore, the voltage applied to the base of the transistor Q4 appears at the connection node between the resistors Ra2 and Ra3. It becomes.
[0029]
Therefore, when the transistor Q1 is ON, the voltage generated by the feedback winding Nb is divided by the resistors R8, Ra2, and Ra3, and the voltage appearing at the connection node between the resistors Ra2 and Ra3 is applied to the base of the transistor Q4. , The transistor Q4 is turned on. Therefore, the current flowing through the resistor R8 and the current flowing from the phototransistor PT flow into the capacitors C3 and Ca1. That is, the capacitance of the capacitor for controlling the ON / OFF period of the transistor Q1 increases.
[0030]
In addition, the capacitors C3 and Ca1 connected in parallel as described above are charged, the base voltage of the transistor Q2 increases, and when the transistor Q2 is turned on, the transistor Q1 is turned off. At this time, the capacitors C3 and Ca1 are discharged via the resistors Ra1 to Ra3 and R8.
[0031]
Conversely, when the load connected to the secondary side is large, the source current of the transistor Q1 increases, and the voltage generated at the resistor R2 increases. Therefore, the voltage applied to the base of the transistor Q5 increases, and the transistor Q5 is turned on. Therefore, the voltage applied to the base of the transistor Q4 is low, and the transistor Q4 is turned off. Therefore, when the load increases, the same operation as in the related art is performed to keep the output voltage constant.
[0032]
As described above, since each element operates, when the load is light, the transistor Q4 is turned ON, and the ON / OFF period of the transistor Q1 serving as the switching element is controlled by the combined capacitance of the capacitors C3 and Ca1. The ON / OFF period is longer than that of the switching device having the configuration shown in FIG. Therefore, the switching frequency at the time of light load can be suppressed so as not to increase, so that the switching loss depending on the switching frequency can be reduced, and the power conversion efficiency can be improved.
[0033]
FIG. 2 shows a detailed circuit diagram for realizing such a switching power supply device. First, the line filter 2a includes a capacitor Ca connected in parallel with the AC power supply 1, a coil L1 having one end connected to one end of the capacitor Ca, a coil L2 connected to the other end of the capacitor Ca, and a coil L1, And a capacitor Cb connected between the other ends of L2.
[0034]
One end of each of the capacitors Cc and Cd connected in series is connected to the connection nodes a and c of the diode bridge D1 in parallel with the capacitor Cb, and one end of each of the capacitors Ce and Cf connected in series is connected to a diode. It is connected to the connection nodes b and d of the bridge D1. Then, the connection nodes of the capacitors Cc to Cf are grounded. At this time, the capacitors Cc to Cf function as capacitors for absorbing feedback noise to the input side.
[0035]
The smoothing capacitor C1 is connected in parallel with the series circuit including the capacitors Ce and Cf, and the thermistor TH is connected between one ends of the capacitors Cf and C1. The inverter circuit 3 connected after the smoothing capacitor C1 connected in this way is as follows. Components and elements used for the same purpose as in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0036]
On the primary side of the inverter circuit 3, in addition to the elements shown in FIG. 1, a diode Da having an anode connected to a connection node between the drain of the transistor Q1 and the primary winding N1, and one end connected to a cathode of the diode Da A capacitor C21 and a resistor R21, which are connected and have the other end connected to a connection node between the resistor R1 and the primary winding N1, are provided. The diode Da, the resistor R21, and the capacitor C21 are provided to remove noise from the primary winding.
[0037]
On the secondary side of the inverter circuit 3, in addition to the elements shown in FIG. 1, a series circuit of a capacitor C22 and a resistor R22 connected in parallel with the diode D3, and a resistor R23 connected in parallel with the light emitting diode PD. And a series circuit of a resistor R24 and a capacitor C23 connected between the cathode of the shunt regulator Q3 and a connection node of the resistors R10 and R11, and a capacitor C24 connected in parallel with the resistor R10. At this time, the series circuit of the capacitor C22 and the resistor R22 removes noise, the series circuit of the capacitor C23 and the resistor R24 and the capacitor C24 perform phase compensation, and the resistor R23 operates the light emitting diode PD stably. Be provided.
[0038]
In the present embodiment, the switching power supply having the configuration as shown in FIG. 1 or FIG. 2 is used. However, the switching power supply is an RCC type switching power supply. The configuration is not limited to the configuration shown in FIG. 1 or FIG. 2 as long as it includes a control circuit that controls the capacitance value of the capacitor that performs the / OFF control, and another configuration may be used. Further, the transistor Q1 is not limited to a MOS transistor, but may be a junction transistor.
[0039]
【The invention's effect】
According to the present invention, at light load, the ON / OFF period of the switching element can be lengthened by increasing the capacitance of the capacitor in the period control circuit for controlling the ON / OFF period of the switching element. Therefore, the switching frequency at the time of light load can be limited to a low value, so that the switching loss can be reduced. Since the switching loss can be reduced in this manner, power conversion efficiency can be improved and power consumption can be reduced. Further, since the switching frequency at the time of light load can be limited to a low value with a small number of parts, the size of the device can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block circuit diagram showing a basic configuration of a switching device of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a specific example of the configuration of the switching device of the present invention.
FIG. 3 is a block circuit diagram showing a configuration of a conventional switching device.
[Explanation of symbols]
1 AC power supply 2 AC / DC conversion circuit 3 Inverter circuit

Claims

A transformer having a primary winding and a feedback winding on the primary side and a secondary winding on the secondary side, and a voltage appearing on the feedback winding of the transformer is applied to a control electrode to perform ON / OFF operation A switching element for switching the current flowing through the primary winding, a rectifying and smoothing circuit connected to the secondary winding of the transformer, and detecting an output voltage rectified and smoothed by the rectifying and smoothing circuit. A period control circuit for controlling the ON / OFF period of the switching element by flowing a current according to the output voltage to a capacitor; measuring a current value flowing through the switching element connected to the switching element; A resistance circuit provided for an overcurrent protection circuit that limits a current flowing through the switching power supply device,
A switching power supply device, comprising: a frequency limiting circuit that switches a capacitance value of a capacitor in the period control circuit based on a current value flowing through the resistance circuit.

2. The switching power supply device according to claim 1, wherein in the frequency limiting circuit, when a current value flowing through the resistance circuit increases, a capacitance value of a capacitor in the period control circuit decreases.

The frequency limiting circuit has a second capacitor connected in parallel with a first capacitor that is a capacitor in the period control circuit, and a switch that controls connection of the second capacitor,
3. The method according to claim 2, wherein when the value of the current flowing through the resistance circuit decreases, the capacitance is increased by connecting the first capacitor and the second capacitor in parallel by turning on the switch. A switching power supply device according to claim 1.

In the resistance circuit, a current value flowing through the resistance circuit is converted into a voltage,
The frequency limiting circuit,
A first transistor whose signal corresponding to the voltage converted by the resistance circuit is supplied to a control electrode and whose ON / OFF is controlled in accordance with the voltage converted by the resistance circuit;
A time constant circuit connected to the second electrode of the first transistor,
When the value of the current flowing through the resistance circuit decreases, the first transistor is turned on, and the second capacitor included in the time constant circuit is connected in parallel with the first capacitor serving as a capacitor in the period control circuit. The switching power supply device according to claim 2, wherein:

The frequency limiting circuit further includes a second transistor whose first electrode is connected to a control electrode of the first transistor, while the voltage converted by the resistance circuit is provided to a control electrode,
5. The switching power supply device according to claim 4, wherein when the value of the current flowing through the resistance circuit decreases, the second transistor turns off and the first transistor turns on. 6.

The switching element is a transistor in which the primary winding and a first electrode are connected;
The period control circuit,
First to third resistors connected in series to both ends of the feedback winding;
A first capacitor having one end connected to a connection point of the first and second resistors and a DC voltage applied to the other end;
A control electrode is connected to a connection point between the first and second resistors and the first capacitor, and a first electrode is connected to a control electrode of the switching element, and the first and second resistors and the first capacitor are connected. A control transistor for switching ON / OFF of the switching element according to a voltage appearing at a connection point with
With
The resistance circuit is
A fourth resistor having one end connected to the second electrode of the switching element and the DC voltage applied to the other end;
Fifth and sixth resistors connected in series to both ends of the fourth resistor;
With
In the frequency limiting circuit, a connection point of the second and third resistors is connected to a control electrode of the first transistor, and a connection point of the fifth and sixth resistors is connected to a control electrode of the second transistor. The switching power supply according to claim 5, wherein